"Химия", Журин А.А.
Сероводород H₂S — ядовитый газ с резким запахом, образованный водородом и серой. Его водный раствор называют сероводородной кислотой: она проявляет слабые кислотные свойства. Сероводород получают действием кислоты на сульфиды металлов, а сам он может быть восстановителем и гореть с образованием серы или оксида серы(IV). Сульфиды содержат ион S²⁻ и распознаются по характерным реакциям.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Сероводород — соединение водорода и серы с формулой H2S. Это молекулярное вещество и один из важнейших водородных соединений серы. Формула показывает, что в каждой молекуле находятся два атома водорода и один атом серы.
Сероводородная кислота — водный раствор H2S. В воде часть молекул распадается на ионы, поэтому раствор приобретает кислотные свойства. Такое различие помогает не путать газ сероводород с его раствором.
Сульфиды — бинарные соединения серы с металлами и некоторыми неметаллами. Например, FeS — сульфид железа(II), а Na2S — сульфид натрия. По составу сульфиды отличаются от оксидов тем, что не содержат кислорода.
Сульфид-ион имеет состав S2− и заряд −2. В соединении он связывается с положительно заряженными ионами так, чтобы общий заряд вещества был равен нулю. Именно наличие S2− объясняет общие реакции сульфидов, например взаимодействие с кислотами.
Молекула H2S образуется соединением атома серы с двумя атомами водорода. Сера имеет шесть электронов на внешнем уровне и образует две ковалентные связи с водородом, которому для устойчивости нужен ещё один электрон. Поэтому соотношение атомов выражается формулой H2S, а молекула имеет угловую форму.
В лаборатории сероводород получают действием кислоты на сульфид металла: FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S↑. Ионы водорода соединяются с S2−, превращая его в молекулы летучего газа. Сульфид железа(II) выбирают потому, что это доступное твёрдое вещество, реагирующее с кислотой при обычных условиях; выделение H2S можно постепенно регулировать.
Сероводород состоит из отдельных молекул, поэтому при обычных условиях это газ. Между его молекулами действуют сравнительно слабые силы, что объясняет невысокую температуру кипения. В воде H2S растворяется ограниченно, но растворение достаточно для образования сероводородной кислоты; сам газ крайне токсичен и может быстро нарушать дыхание.
Сероводород проявляет кислотные свойства, потому что в воде отдаёт часть атомов водорода: H2S ⇄ H+ + HS−. Диссоциация неполная, поэтому это слабая кислота; с щёлочами она образует гидросульфиды и сульфиды. Сера в H2S имеет степень окисления −2, поэтому вещество легко отдаёт электроны и является восстановителем.
Восстановительные свойства видны при горении. При достатке кислорода образуются сернистый газ и вода: 2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O, а при недостатке кислорода выделяется сера: 2H2S + O2 → 2S + 2H2O. Сульфиды образуются при соединении металлов с серой или при обменных реакциях в растворах. Растворимые сульфиды дают ион S2−, а нерастворимые реагируют с кислотами на поверхности и выделяют H2S.
| Признак | Сероводород H2S | Сероводородная кислота | Сульфиды |
|---|---|---|---|
| Состав и тип вещества | Молекулярное соединение H2S, газ | Водный раствор H2S | Бинарные соединения с ионом S2− |
| Физические свойства | Бесцветный газ с резким запахом, ядовит | Бесцветный раствор, токсичен из-за растворённого газа | Чаще твёрдые вещества; окраска и свойства зависят от состава |
| Способ получения | FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S↑ | Растворением H2S в воде | Соединением металла с серой или реакциями обмена |
| Кислотные свойства и характерные реакции | В воде диссоциирует частично | Реагирует со щелочами и основными оксидами | С кислотами обычно дают соль и H2S |
| Восстановительные свойства | Окисляется кислородом до S или SO2 | В растворе восстанавливает некоторые окислители | S2− может окисляться до серы |
| Растворимость в воде | Растворяется ограниченно | Это уже водный раствор газа | Сульфиды щелочных металлов растворимы, большинство остальных — нет |
| Качественная реакция | Почернение бумаги с солью свинца(II) | Образование PbS или выделение H2S при подкислении | Чёрный осадок PbS или CuS |
| Применение и опасность | Используется ограниченно; очень токсичен | Применяется для реакций в растворе; требует осторожности | Некоторые руды и реагенты; часть сульфидов токсична |
В таблице сначала определяют, о каком виде вещества идёт речь: о газе, растворе или соединении с металлом. Затем сравнивают способ получения и характерные реакции. Формулы и признаки помогают выбрать подходящий реактив и не смешать H2S с серной или сернистой кислотой.
Составим уравнение реакции сульфида железа(II) и соляной кислоты. Нужно определить продукты обмена: железо соединяется с хлорид-ионами, а водород — с сульфид-ионом. Выделение газа обозначим стрелкой вверх.
Ответ: образуются хлорид железа(II) и сероводород. Проверка показывает по два атома водорода и хлора с обеих сторон, а число атомов железа и серы не изменилось.
При горении H2S кислород окисляет серу. Если кислорода достаточно, сера переходит в SO2, а если его мало — выделяется простое вещество S. В обоих случаях водород окисляется до воды.
Ответ: при полном горении образуются SO2 и вода, при недостатке кислорода — сера и вода.
В пробирках находятся Na2S, Na2SO4 и NaCl. Удобно добавить разбавленную соляную кислоту: только сульфид даст летучий H2S. Сульфат и хлорид натрия в этих условиях газа не выделяют.
Ответ: сульфид натрия определяют по выделению сероводорода. Газ нельзя нюхать; подтверждать его наличие следует безопасной качественной реакцией, например образованием чёрного PbS.
Путают сероводород H2S с серной H2SO4 или сернистой H2SO3 кислотой. Такая ошибка возникает из-за похожих названий, хотя H2S — газ, а кислота — его водный раствор. Проверяйте формулу: в сероводороде нет кислорода.
Записывают сульфид-ион как S− или SO32−. У иона сульфида заряд −2, и кислород в его составе отсутствует. Самопроверка проста: обозначение S2− должно соответствовать названию «сульфид», а SO32− — это уже сульфит.
При реакции сульфида с кислотой получают соль и воду вместо соли и сероводорода. Сульфид-ион соединяется с ионами водорода и превращается в летучий H2S, поэтому вода не является продуктом этой реакции. Проверяйте, есть ли в уравнении газообразное вещество.
Считают H2S безопасным из-за слабой кислотности. Слабая кислота означает лишь небольшую степень диссоциации в воде и ничего не говорит о токсичности газа. Помните о ядовитости и восстановительных свойствах сероводорода и не определяйте его запах напрямую.
Для понимания темы нужны валентность и степени окисления, составление формул бинарных соединений и уравнивание реакций. Сероводород связывает знания о кислотах и солях с окислительно-восстановительными реакциями. Сульфиды пригодятся при изучении качественных реакций, химии металлов и причин загрязнения воздуха. Умение распознавать S2− помогает анализировать состав растворов.
Чем сероводород отличается от сероводородной кислоты?
Сероводород H₂S — газ, состоящий из молекул водорода и серы. Сероводородная кислота — его водный раствор, в котором часть молекул распадается на ионы, поэтому раствор проявляет кислотные свойства.
Почему сероводород считают не только кислотой, но и восстановителем?
В молекуле H₂S сера имеет степень окисления −2 — минимальную для серы. Поэтому она может отдавать электроны и окисляться до серы или соединений серы с более высокой степенью окисления.
Как получить сероводород в лаборатории?
В лаборатории на сульфид железа(II) действуют разбавленной соляной кислотой: FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑. Реакция удобна тем, что протекает при обычных условиях и выделение газа можно регулировать.
Как доказать наличие сульфид-иона в растворе?
К раствору добавляют кислоту: если присутствует S²⁻, выделяется H₂S с характерным запахом, но нюхать газ нельзя. Более безопасный признак — образование чёрного осадка сульфида металла, например PbS при добавлении соли свинца(II).
Почему запах сероводорода нельзя использовать как надёжный признак его присутствия?
H₂S очень токсичен, поэтому проверять его запах непосредственно опасно. Кроме того, при высокой концентрации газ притупляет обоняние, и человек перестаёт чувствовать запах даже при сохраняющейся опасности.
19. Сероводород. Сульфиды
